高层建筑剪力墙结构优化设计分析 杨擘

高层建筑剪力墙结构优化设计分析杨擘

摘要：本文主要介绍剪力墙的概念，优化设计原则，最后给出剪力墙结构设计

优化措施，以期提高剪力墙结构的优化设计水平。

关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计

高层建筑之所以常使用剪力墙结构是因为剪力墙结构不仅仅具有综合性强的

特点，还具有投资成本低和坚韧度高的特点，这也是剪力墙被广泛使用的原因。

使用剪力墙结构既可以节约投资成本，而且和其他结构相比还具有较强的优势，

例如，和框架结构相比较，如果两者在基本情况相同的时候，剪力墙结构的外观

更加美观。伴随着社会大众对剪力墙结构的不断重视，剪力墙结构应用于高层建

筑也是越来越普遍，虽然相关的章程对剪力墙结构没有具体的规定，但是作为工

程质量的保证，优化剪力墙结构是重点问题。

1剪力墙分析

1.1剪力墙概念

在建筑当中，高层建筑的剪力墙，是一种广泛大面积使用的墙体结构，其墙

体结构最主要使用的是钢筋混凝土，利用建筑板的交错来达到楼层的承重能力，

关于剪力墙的建造，最主要的目的就是要有稳定性及安全性，要利用好剪力墙的

结构来进行楼房的抗震，满足高层建筑的每一个需要。在建筑当中，剪力墙要有

很大的承重能力，并且让楼房看起来非常简洁大方、美观实用，同时要满足大众

的审美和需求，提供很大的空间，且有结构设计感，满足城市的居住需求。

1.2剪力墙结构体系优化设计原则

1.2.1利于抗震，承载能力强

在剪力墙结构体系设计的时候，首先要考虑到其安全性，所以要在设计的时

候遵循荷载能力强，有利于抗震的设计原则。在设计中，为了遵循这一设计原则，必须要对剪力墙的适宜刚度和合理数值进行科学考虑。在整个体系当中，剪力墙

是最重要的抗震构件，根据以往的经验，在地震中，剪力墙刚度越大，所受的损

伤就越小，但是刚度越大，其工程成本也就越高，所以在刚度设计的时候，要把

握好尺度，在经济的原则上合理把握剪力墙的数量，使其既满足承载能力的要求，又不会造成额外的成本支出。对于剪力墙数量，一般考虑两个因素，一方面控制

结构的水平位移，另一方面就是控制地震力。这二者进行综合考虑数量即可确定。

1.2.2材料力学性能明显

在剪力墙结构体系设计的时候，为了发挥结构体系的最大作用，一定要将材

料的力学性能考虑在内，这样才能使材料性能在整体结构中充分发挥作用。所以

在进行结构优化设计的时候要考虑两方面的因素。①应该尽量的减少小墙肢和短肢墙的数量。在高层建筑中，剪力墙结构的侧向刚度取决于剪力墙的侧移刚度，

通过减少小墙肢和短肢墙的数量来发挥建筑材料的力学性能，在设计成本方面会

有很大的节省。②在设计中要控制墙肢长度的差异。墙肢长度的差异过大，不利于材料力学的完整性体现，也会影响整个结构体系的受力。

1.2.3结构经济合理

为了完成经济合理的设计目标，在设计的时候要进行两方面的考虑。①材料

运用的设计。在建筑中材料浪费是造成建筑成本升高的主要原因，所以在剪力墙

结构体系的设计中，要做好短肢墙中箍筋和水平分布的钢筋的合并，这种合并设

计会使得工程中的钢筋用量减少，但是并不会影响工程质量，是节约成本的重要

设计环节。②要合理处理剪力墙的开洞。在高层建筑当中，除去必要的门窗洞之

外，往往还需要根据结构布置设计结构洞。从优化设计的经济原则考虑，剪力墙

尽量设计为长墙，以此来减少结构洞，从而减少建造成本。

2剪力墙结构设计优化措施

2.1加强剪力墙结构均衡设计

高层剪力墙结构的均衡设计需要工作人员使用合理的对策，促进剪力墙结构

的受力平均，这不仅仅可以提高工程的安全性能和结构的合理，而且还可以节约

高层建筑的造价成本。剪力墙结构的合理设计需要工作人员依据建筑物的平面布

局状况来实现，设计人员分析各种情况，得出剪力墙结构优化设计的方案，这包

括设计人员依据施工场地的现状，设计出科学合理的剪力墙结构，在设计人员设

计好剪力墙结构方案的同时还要制定出符合设计要求的管理条例，加强对剪力墙

结构的检查和监督，增强施工人员的安全意识和管理团队的科学管理水平，保证

施工人员严格按照设计方案和施工图纸进行施工，保障施工的质量，特别是剪力

墙结构的质量。

2.2剪力墙结构方案的优化设计。

高层剪力墙结构有着各式各样的设计方式，对于不同高度的建筑物，选择不

同的剪力墙结构，这不仅仅要考虑层高还要考虑剪力墙构件所需要的材料，对于

层高小于20层的建筑物，大多数情况下使用短肢剪力墙结构的方法，这种设计

方法的水平地震剪力、期限和位置移动均可以在正常的范围中得到制约，而且还

使用现浇剪力墙结构，有效的把混凝土结构的墙体改变成砌体墙体，这种方法不

仅可以促进整个建筑物刚度的提升，降低结构本身的重量，而且还可有利于减少

建设投资。

2.3墙体配筋的优化设计

在剪力墙结构中，针对墙体配筋进行优化设计，首先就要做好材料的选择工作，最重要的就是选取钢筋材料，对钢筋的诸多不同类别的合格证明进行检查，

钢筋进场之前最先要完成的便是这一工作，钢筋只有达到标准后才能入场。剪力

墙结构墙体的配筋基本上都是要在内部安设垂直钢筋，在外则要安设水平钢筋，

这主要是由于和其它部分相比，地底下的墙体配筋更多一些，另外地下水土会导

致很强的压力。就配筋而言，一般情况下只要与建议标准相符即可，或是符合工

程测算的最小配筋率。根据实际条件来进行剪力墙的优化设计可以有助于降低投

资成本。特别需要重视选择剪力墙的厚度，无需一定要定最小厚度200mm，只要结构计算要求达到了，180mm或160mm的剪力墙都是可以的。

2.4连梁的优化设计

相关剪力墙结构标准中明确提出，如果连梁的跨高比大于5的时候，就需要

按照框架梁的要求展开设计，这也就是表示，跨高比大于5的连梁，它的刚度不

可以减少，然而当连梁的跨高比在5~6时，一旦刚度不减少，很有可能造成剪力

过大的情况，使得建设工程的成本增加，浪费资源。解决方法就是使跨高比大于6，这样就可以明显的减少钢筋与混凝土的使用量，有效的减少投资成本。

2.5层间位移比和最大位移的优化设计

按照规定要求，对经常受到地震作用标准值导致的楼层弹性层间位移的最大

值进行计算时，要忽略高层变形建筑物，很多不将整个弯矩变形也归入到扭转变形。因此，拿高层建筑来说，对楼层间和剪切变形进行制止是第一要务。以垂直

构件的限制数量为依据能够对剪切变形加以制约，若是不能科学的布置单数构件，同样也会有扭转变形产生。因此，就高层建筑而言，要使扭转变形尽量减少，不

能对构件的刚度随便增加。